Torre de refrigeració

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Les torres de refrigeració són estructures per refrigerar aigua i altres medis a temperatures properes a les ambientals. L'ús principal de grans torres de refrigeració industrials és el de rebaixar la temperatura de l'aigua de refrigeració utilitzada en plantes d'energia, refineries de petroli, plantes petroquímiques, plantes de processament de gas natural i altres instal·lacions industrials.

Planta d'energia de Didcot, Regne Unit
Torres hiperbòliques de refrigeració humides de tir natural.

Amb relació al mecanisme utilitzat per la transferència de calor els principals tipus són:

  • torres de refrigeració humides funcionen pel principi d'evaporació, (vegeu refrigerador inundat)
  • torres de refrigeració seques funcionen per transmissió del calor a través d'una superfície que separa el fluid per refrigerar de l'aire ambient.

En una torre de refrigeració humida l'aigua calenta pot ser refredada a una temperatura inferior a la de l'ambient, si l'aire és relativament sec. (vegeu: punt de rosada).

Amb respecte al tir de l'aire en la torre existeixen tres tipus de torres de refrigeració:

  • Tir natural, que utilitza una xemeneia alta.
  • Tir induït, en el que el ventilador es col·loca a la part superior de la torre (impulsen l'aire creant un petit buit a l'interior de la torre).
  • Tir mecànic (o tir forçat), que utilitza la potència de motors de ventilació per impulsar l'aire a la torre (col·locant-se a la base).

Sota certes condicions ambientals, núvols de vapor d'aigua (boira) es poden veure que surten d'una torre de refrigeració seca (vegeu la imatge).

Les torres de refredament utilitzen l'evaporació de l'aigua per rebutjar la calor d'un procés tal com la generació d'energia elèctrica. Les torres de refredament varien en mida des de petites a estructures molt grans que poden sobrepassar els 220 metres d'alçada i 100 metres de longitud. Torres més petites són normalment construïdes en fàbriques, mentre que les més grans són construïdes al lloc on es requereixen.

Torre de refrigeració a Khàrkiv (Ucraïna)

La torre de refrigeració utilitzada com xemeneia[modifica | modifica el codi]

En algunes plantes d'energia modernes, equipades amb conductes de purificació de gas com la Planta d'Energia de Staudinger Grosskrotzenburg i la Planta d'Energia de Rostock la torre de refrigeració també s'utilitza com xemeneia. En plantes que no tinguin conductes de purificació de gas això causa problemes amb la corrosió.

Equilibri de material d'una torre de refrigeració humida[modifica | modifica el codi]

Quantitativament, l'equilibri de material al voltant de un sistema de torre de refrigeració humida està controlat per les variables de funcionament estructurals taxa de flux, evaporació i pèrdues per vent, taxa de transvasament i cicles de concentració:

Diagrama d'una torre de refrigeració

M = Aigua de l'estructura en m³/h
C = Aigua circulant en m³/h
D = Transvasament d'aigua en m³/h
E = Aigua evaporada en m³/h
W = Pèrdua d'aigua en m³/h
X = Concentració en ppmw (de sals completament solubles, normalment clorurs)
XM = Concentració de clorurs a l'aigua de l'estructura (M), en ppmw
XC = Concentració de clorurs a l'aigua circulant (C), en ppmw
Cicles = Cicles de concentració = XC / XM (sense dimensió)
ppmw = parts per milió en pes

En el croquis anterior, l'aigua bombada des del dipòsit de la torre és l'aigua refrigerant encaminada a través de refredadors del procés i els condensadors en una instal·lació industrial. L'aigua freda absorbeix calor dels corrents calents del procés que necessiten ser refredada o condensades, i la calor absorbida escalfa l'aigua circulant (C). L'aigua escalfada torna al cim de la torre de refrigeració i cau en dolls fins – presentant gran superfície pel seu refredament amb l'aire – sobre el material de rebliment dins de la torre. A mesura que goteja, el contacte amb l'aire que puja per la torre, per tir natural o forçat per grans ventiladors. Aquest contacte provoca que una petita quantitat d'aigua sigui perduda per arrossegament del vent (W) i una altra part de l'aigua (E) per evaporació. La calor necessària per evaporar l'aigua es deriva de la pròpia aigua, que refreda l'aigua al seu retorn al dipòsit original i en on queda a disposició per tornar a circular. L'aigua evaporada deixa les sals que porta dissoltes entre el gruix de l'aigua que no ha patit l'evaporació, cosa que fa que la concentració de sals s'incrementi a l'aigua de refrigeració circulant. Per evitar que la concentració de sals a l'aigua arribi a ser massa alta, una part de l'aigua és retirada (D) pel seu vessament. Es subministra al dipòsit de la torre nou contingent d'aigua fresca (M) per compensar les pèrdues per l'aigua evaporada, el vent, i l'aigua retirada.

L'equilibri de l'aigua en tot el sistema és:

M = E + D + W

Com que l'aigua evaporada (E) no té sals, l'equilibri de clorurs del sistema és:

M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)

i, en conseqüència:

XC / XM = Cicles de concentració = M ÷ (D + W) = M ÷ (M – E) = 1 + [E ÷ (D + W)]

D'un equilibri de calor simplificat de la torre:

E = C • ΔT • cp ÷ HV
on:  
HV = calor latent de vaporització de l'aigua = al voltant de 2260 kJ / kg
ΔT = diferència de temperatures de l'aigua del cim de la torre a la seva base, en °C
cp = calor específica de l'aigua = al voltant de 4.184 kJ / kg / °C

Les pèrdues per vent (W), en absència de dades del fabricant, poden estimar-se que són:

W = 0,3 a 1,0 % de C per torres de refrigeració de tir natural.
W = 0,1 a 0,3 % de C per torres de refrigeració de tir induït.
W = al voltant de 0,01% de C si la torre de refrigeració té eliminadors de l'efecte del vent.

Els cicles de concentració a les torres de refrigeració en una refineria de petroli normalment es troben entre el 3 i el 7. En algunes grans plantes d'energia. Els cicles de concentració de les torres de refrigeració poden ser molt més alts.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Torre de refrigeració Modifica l'enllaç a Wikidata